基于STM8S的恒流驅動LED樓道燈控制器

徐迎輝　唐國龍

摘? 要：本文以現有樓道燈控制方式給用戶帶來的不適體驗為出發點，通過采用光強檢測電路、HC-SR501人體紅外感應模塊、微處理器STM8S103F3、PT4115恒流驅動IC、撥碼開關等器件及模塊的有機組合，實現光照亮度強時控制器處于待機狀態，當光照弱時進入工作狀態。工作時人走燈延時熄滅，同時相鄰樓層同步點亮的設計又能帶來良好的視覺體驗，也可以實現對樓道燈的有效節能控制。本文中樓道特指樓梯樓道。通過模擬實驗驗證了該控制器的可行性。

關鍵詞：STM8S微處理器;PT4115;樓道燈;LED;無線通訊

中圖分類號：TN76;TP29? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）22-0048-03

Abstract：This paper starts from the uncomfortable experience brought to the users by the existing corridor lamp control mode. The controller organically uses the light intensity detection circuit，HC-SR501 human body infrared sensor module，microprocessor STM8S103F3，PT4115 constant-current drive IC，dial switch and other devices or modules. The effect is realized that the controller is in standby state when the light intensity is strong，and enters the working state when the light intensity is weak. At the working state，when the person leaves，the lamp will be put out，and the adjacent floors will be lit synchronously. Such design brings good visual experience and can effectively control the energy saving of the floor lamp. The corridor in this article refers to stair corridor especially. The feasibility of the controller is verified by simulation experiments.

Keywords：STM8S microprocessor;PT4115;corridor lights;LED;wireless communication

1? 技術背景

當前樓道燈控制上主要采用聲光敏控制，而這種控制方式很大程度上實現了智能控制，即當光線充足時不啟動照明功能，當光線不夠充足時啟動照明功能，同時具備延時熄滅功能，且相對而言也更加節能。然而在用戶使用時會出現必須制造聲響才能激活照明的情況，這樣會打擾到鄰近的住戶，同時用戶也會感覺到十分費力。于是紅外被動感應式的樓道燈面世了，這種樓道燈兼顧聲控式的優點，同時做到了不用聲音刺激即可亮燈，因此得到了廣泛應用。但是前兩者均存在這樣的情況：當用戶在一樓時二樓的樓道燈不亮，當用戶走到樓梯拐彎處時會發現二樓一片漆黑，或者視線灰暗，給人不舒服、不安全的體驗。本控制器提供了一種可以實現相鄰的樓道燈同時點亮的控制方案，同時可以實現樓道燈緩慢點亮和緩慢熄滅，能夠給用戶帶來良好體驗。

2? 系統組成

控制器的結構框圖如圖1所示，系統以STM8S微處理器為控制核心，外圍由人體感應模塊HC-SR501、地址編碼模塊、NRF24L01無線收發模塊、LED恒流驅動電路等組成。

2.1? 系統原理圖

圖2給出了系統的總原理圖，①部分為微控制器及編碼電路，②部分為NRF無線收發模組，③部分為紅外感應模塊，④部分為LED調光電路，⑤部分為光強檢測電路。

2.2? 微處理器及地址編碼電路

圖2中①部分給出了微處理器及其外圍的編碼電路。微處理器作為整個控制器的控制核心，撥碼開關S1及上拉電阻組合為控制器提供了自身的ID，撥碼開關不同的組合狀態，相應的引腳出現不同的電平組合狀態。PB5為定時器1 TIM1的比較輸出端口3，通過該端口輸出的PWM波來驅動PT4115恒流驅動模塊，PA1/PA2/PD1/PD2/PD3/PD4/PD5七個引腳控制NRF24L01無線收發模塊，通過PB4端口讀取光強檢測電路的信號。微處理器采用的是STM8S103F3，每一個控制器都擁有硬件地址，該地址設置上未采用軟件設置地址，而是采用撥碼開關現場設置。

撥碼開關通過不同形式的組合，為控制器提供唯一地址，本控制器設計時采用6位撥碼開關，2^6=64，即撥碼開關可以提供64個地址，所以本控制器可以在同一棟樓中同側樓道最多可以支持64個樓道燈的控制。如若樓梯樓道燈個數大于64，則只需更換7位撥碼開關就可以擴展控制盞數到128，如還需增加，以此類推即可。

2.3? NRF24L01模組及紅外感應模塊電路

紅外感應模塊采用HC-SR501人體紅外感應模塊，其接口電路圖如圖2中③部分所示，用以探測紅外特征信號，檢測到人體紅外特征后可以發出相應的有效信號，通過中斷的形式觸發微處理器進行相應操作。圖2中②部分所示為無線收發模塊，可發送/接收數據包，并為不同控制器節點之間提供通訊渠道。

2.4? LED調光電路

圖2中④部分給出了LED調光電路，PT4115是一款可調光、可調輸出電流的降壓型LED恒流驅動IC。通過控制芯片的DIM輸入端PWM波的占空比實現對LED亮度的調制。實驗中PWM波頻率為1khz，LED逐漸點亮的過程中占空比從10%升至100%，逐漸點亮過程為1秒，在熄滅的過程中占空比由100%降至0%，亮度衰減過程持續2秒。

2.5? 光強檢測電路

光強檢測電路如圖2中⑤部分所示，R3為光敏電阻，R6為可變電阻器，通過設置R6的阻值可以改變使能控制器其他外圍設備工作的光照強度，以便適應不同的樓道環境，通常情況下會設定一個光照強度值，作為啟動其他外圍設備的條件。當光照強度變弱至一定程度，R6阻值上升，電壓比較器正向輸入端電位上升，從而使輸出電位由低變高，進而使控制器脫離待機狀態，進入智能控制狀態。

3? 工作原理

每一盞燈均需要掛接一個控制器，每一個樓道燈視為一個節點，每個節點既是主機又是從機，現分別分析節點作為主機和從機時的工作原理。

3.1? 作為主機

作為主機時控制器每隔一分鐘讀取一次光強檢測模塊電路，當光線減弱至特定強度時，該模塊會輸出高電平，此時控制器的控制外圍設備的程序被使能。使能之后當沒有紅外信號時，不斷檢測紅外模塊;當有紅外信號被感應到時，紅外感應模塊會輸出高電平，此時微處理器讀取自身的ID，ID由撥碼開關提供，撥碼開關在控制器安裝時會被設置成不同的組態，對應不同的地址，從一樓至N樓的控制器地址依次增加，差值為1。在讀取自身ID之后，通過無線模塊將自身的ID號發送出去，緊接著輸出PWM信號驅動PT4115恒流模塊LED逐漸點亮。如果點亮過程中有新的紅外信號刺激，將以新的刺激時刻作為起點開始計時，在無新的紅外信號刺激的情況下，30s后驅動PT4115逐漸熄滅大功率LED燈。

3.2? 作為從機

作為從機時光線足夠強時不會進行除光強檢測以外的動作。從機只有在光照減弱到一定強度時才會允許接受其他節點發送過來的信號。

假設此時光照強度減弱到特定值，當有無線信號到達本機，微處理器讀取自身ID，若收到的信息中ID號與自身ID號做差絕對值為1，視為有效無線信號，則表示相鄰的節點即樓上或樓下的燈下有人經過，此時微處理器將點亮照明設備，同樣設備點亮后延時30s。若延時過程中沒有接收到新的有效無線信號或自身紅外模塊未被觸發，則在30s后熄滅，若在此期間有接收到新的有效無線信號或自身紅外模塊被觸發，將以觸發時刻為新的計時起點開始30s的延時。即在延時過程中可以重復觸發。

若接收到無線信號中的ID號與自身ID號做差絕對值不為1，則表示不是相鄰樓層的控制器節點發送的，為無效無線信號，控制器將什么也不做。

4? 實驗結果

實驗采用模擬高度為3層的住戶樓，分三個樓層分別有人出現時控制器節點在不同情況下的動作。

圖3中A/B/C三種情況分別表示1樓、2樓、3樓有人出入時，各節點的動作情況。當1樓有人觸發時，1樓節點發送數據給2樓，2樓同時點亮。3樓節點與1樓節點不屬于相鄰節點，所以并未點亮;當2樓有人觸發的情況，2樓節點發送數據給1樓和3樓，1、3樓同時點亮，因為不確定人的移動方向，是上樓還是下樓，所以上下樓均點亮。當3樓（頂樓）有人觸發時，3樓節點發送數據給2樓，2樓同時點亮。因為此時確定住戶是下樓，所以點亮下方樓層。

5? 結? 論

實驗結果表明，本文設計的控制器可以很好地實現設計目的，用戶視野始終處于明亮環境，給用戶帶來良好體驗，同時也起到了節約電能的作用。

參考文獻：

[1] 潘永雄.STM8S系列單片機原理與應用（第二版） [M].西安：西安電子科技大學出版社出版，2015.

[2] 譚浩強.C程序設計（第四版） [M].北京：清華大學出版社，2010.

[3] 潘煜東，肖寶森，駱嘉誠.LED智能樓道燈的設計 [J].廈門大學學報（自然科學版），2017，56（5）：750-754.

[4] 馬宏騫.電力電子技術及應用項目教程 [M].北京：電子工業出版社，2011.

[5] 馬宏騫.樓道燈的設計與制作 [J].電子制作，2014（5）：15.

作者簡介：徐迎輝（1989.10-），男，漢族，河南新鄉人，碩

士，助教，研究方向：智能LED樓宇照明;唐國龍（1989.01-），男，漢族，山東青島人，碩士，講師，研究方向：智能交通系統。